2014年：科学の年

レーザーが宇宙データの洪水を解き放つ

2013年1月、月探査機ルナ・リコネッサンス・オービターは歴史的な通信を受信しました。それはモナ・リザの画像です。科学者がレーザーを使用して月にデータを送信したのはこれが初めてであり、宇宙との間の情報の流れが飛躍的に増加すると期待される偉業です。

過去 50 年間、宇宙船は地球との通信に電波に依存してきました。しかし、無線には限界があります。電波は混雑しています。信号は距離とともに劣化するため、送信には電力を大量に消費する発電機と大型アンテナが必要です。集束レーザー光は、無線よりも 10,000 倍短い波長で動作し、毎秒より多くの波、つまりより多くの情報を発信します。レーザーは長距離でも信号強度を維持するため、送信機に必要な電力は少なくて済みます。また、小型の受信機を搭載した宇宙船は打ち上げコストが安くなります。

10月には、月大気・ダスト環境探査機（ラディー）が、高解像度のビデオを含むレーザーパルスを3つの異なる地球受信機間で送信するテストを再度成功させた。7月に打ち上げられた欧州宇宙機関のアルファサットは、地球を観測する他の衛星からのデータをレーザーで中継する。また、NASAのエンジニアは、2017年に打ち上げられる次世代システム、レーザー通信中継デモンストレーションの構築を開始している。

宇宙ベースのレーザー通信が実現すれば（実現しないと考える理由はほとんどありませんが）、人類の太陽系探査方法を変える可能性があります。探査機には追加のツールを搭載し、より高度なデータを送信できます。高解像度のビデオストリーミングにより、科学者は地球と同じように土星の嵐を追跡できます。宇宙飛行士は Skype で自宅に連絡できます。ゴダード宇宙飛行センターのレーザー中継チームの主任研究員であるデイブ・イスラエル氏は、次のように語っています。「この飛躍は、ダイヤルアップインターネットから家庭への高速インターネットへの飛躍と同等の規模です。」 –レベッカ・ボイル

2014年1月20日

この日、ロゼッタ宇宙船は42か月以上の深宇宙での冬眠から目覚め、彗星の最も詳細な研究を開始する。8月には67P彗星に到着し、11月には探査機を展開して彗星の核に着陸する予定だ。

コンピューターが私たちの脳を解読する

2013 年 10 月 7 日、スイス連邦工科大学ローザンヌ校で、史上最も野心的な脳研究プロジェクトの 1 つが正式に開始されました。12 億ユーロの資金と 250 人以上の研究者が参加するヒューマンブレインプロジェクトは、人間の脳の完全なコンピューターシミュレーションを初めて作成することを目指しています。10 年かけて、脳の生物学的特徴に関するあらゆる知識がモデル化されます。最終的には、仮想ニューロンに仮想薬剤が投与されるようになるでしょう。

ヒューマンブレインプロジェクトは、エンジニア、データ理論家、その他の神経科学者以外の研究者をさまざまな取り組みに引き込んでいる、より大規模で学際的な脳研究の盛り上がりの 1 つの要素です。米国では、政府主導のブレインイニシアチブが、独自の「初」となる、すべての脳活動の詳細なマップを作成する予定です。将来の可能性は、ニューロンの複数の回路を活動が流れるにつれて記憶が形成されるのを観察するという詩的な境界線から、これらの回路を直接変更して疾患を診断および治療できる可能性のあるデバイスなど、臨床的に有用なものまで多岐にわたります。2014 年に開始される他のプロジェクトには、ペンシルバニア州立大学が主導する、シリコンで視覚皮質をシミュレートする 5 年間の 8 機関計画があります。

ロックフェラー大学の神経科学者、コリ・バーグマンは、なぜこのようなプロジェクトが急に注目を集めているのかを説明しています。「私たちは今、複雑な時間スケールでそれぞれがアクティブになったり非アクティブになったりする数十億の個々のニューロンを理解するために必要な計算および統計ツールを持っています」と彼女は言います。したがって、2014 年は脳が完全にマッピング、シミュレート、またはハイジャックされる年ではありませんが、それらすべて、そしてそれ以上のことを実現するための探求が本当に始まる年になるでしょう。 –エリック・ソフゲ

鎮痛剤の取り締まり

バイコディンやロルタブなどの麻薬性鎮痛剤に対する規制強化が今年施行される予定だ。この規制は、米国で1999年以来4倍に増加している乱用や過剰摂取による死亡を減らすことを目的としている。

救急ロボットの対決

2014 年 12 月、約 12 チームの自律型ロボットが DARPA ロボティクスチャレンジの最終イベントで競い合い、模擬災害で救助活動を行います。

化学兵器を解体する方法

米陸軍は今年、サリンなどの大量の化学兵器を迅速に中和できる移動式除染実験室「フィールド展開型加水分解システム（FDHS）」を建設する予定だ。この技術は、化学兵器の供給を破壊する適切な施設を持たないシリアのような国では特に役立つ可能性がある。

ステップ 1:実験室のチタン製タンクで一定量の化学兵器を水で希釈し、漂白剤 (次亜塩素酸ナトリウム) と苛性ソーダ (水酸化ナトリウム) を加えます。

ステップ 2:チタンタンクに混合物を入れて、沸騰寸前まで 3 時間加熱します。この間に、漂白剤、水、苛性ソーダによって化学薬品の 99.9 パーセントが加水分解されます。

ステップ 3:副産物をタンカーに積み込み、通常の有害廃棄物処理施設に輸送し、そこでさらに処理します。

ドローンが認可される

国内ドローンの時代は、年末までに正式に始まる。その頃には、連邦航空局 (FAA) が、米国領空内での 55 ポンド以下のドローンの使用を規制する規則案を発表する。このカテゴリには、ほとんどの商用モデルが含まれる。しかし、ドローンはそれ以前に空を飛ぶことになる。2014 年に予定されている飛行試験は、今後何年、おそらく何十年にもわたる無人航空機の未来を形作ることになるだろう。

本稿執筆時点では、24 州のグループが、ドローンのモデルと飛行プロトコルを評価する 6 つの認可テストサイトをめぐって競争している。FAA は当初のガイドラインで制限を設けると予想されており、パイロットと無人航空システム (UAS) 間の継続的な視線と 400 フィートの高度上限を要求する可能性が高いが、これらのサイトでのテストでは、ドローンが有人航空機と空中を共有しながらより高い高度で飛行できるようにする自律感知回避システムなど、より野心的な機能を探求することになる。

一方、FAA はすでに、数百の警察署、公立大学、その他の申請者に非営利目的での飛行を許可しています。ノースカロライナ州立大学の NextGen 航空輸送センターのディレクターであるカイル・スナイダー氏は、彼のようなセンターが UAS 研究者や FAA のためにテストデータを収集し続けるため、2014 年にはドローンの活動が前例のないレベルに達するだろうと述べています。これは、農家、不動産業者、その他安価な航空映像を期待している人にとっては素晴らしいニュースです。ロボットによる上空飛行をまだ恐れている人にとっては、侵略はすでに始まっています。 –エリック・ソフゲ

気候が優先

「今日、私たちは雇用を増やし、経済を強化する方法として、炭素排出量の削減を受け入れるべきです。これを一生に一度のチャンスとして捉えましょう。なぜなら、これをこのように受け入れないでは、多くの人生がかかっているからです。」

—ジーナ・マッカーシー、環境保護庁長官（2013年7月任命）

セレブが宇宙へ

ヴァージン・ギャラクティックは、ポップスターのケイティ・ペリーを含む有料の乗客を宇宙の端まで運ぶ商業運航を2014年に開始する予定だ。

キュリオシティが火星のシャープ山、ゲイルクレーターへ移動

氷の壁の作り方

福島県、日本

東京電力は昨年8月、地震で機能不全に陥った福島原子力発電所のタンクから300トン以上の汚染水が地下に漏れたことを認めた。地下水が汚染水を海に流すのを防ぐため、東京電力は2014年に地下に凍土壁を建設する計画を発表した。

ステップ 1:発電所の周囲の地面に 3 ～ 5 フィートの間隔でパイプを設置します。

ステップ 2:冷却した冷却剤 (塩化カルシウム塩水) をパイプに送り込み、冷却ステーションを通じて継続的に循環させます。

ステップ 3:各パイプの周囲の凍った地面が結合して氷の壁を形成し、水の流れを遮断します。

がん診断の侵襲性は低下

がんは、診断から始まって、多くの厄介な問題を抱えている。ほとんどのがんの唯一の確実な検査である組織生検は、侵襲的で痛みを伴い、感染症を引き起こす可能性がある。また、症状が現れてから行われる傾向があり、それでは手遅れになることが多い。新しい診断ツールにより、一部の疾患の特定がはるかに容易になる可能性がある。

体内では、エクソソームと呼ばれる小さな袋が血液、尿、唾液などの体液を通って移動します。エクソソームは細胞間で遺伝物質やタンパク質を輸送し、細胞間のコミュニケーションに重要な役割を果たします。「私たちはこれを体のフェデラルエクスプレスシステムだと考えたいのです」とエクソソーム・ダイアグノスティクスの CEO であるジェームズ・マカロー氏は言います。

マッカロー氏の会社は、これらのメッセンジャーを捕らえてそこに含まれるRNAを分析し、悪性細胞の存在を示す変異を警告する検査を開発した。別の会社であるカリス・ライフ・サイエンスは、特定の腫瘍と相関するエクソソーム表面のタンパク質を探している。両グループは、2014年に最初の商業用エクソソーム検査をリリースするために競っている。エクソソーム診断は尿中のエクソソームを分離して前立腺がんを特定し、カリス・ライフ・サイエンスは血液検査で前立腺がんと乳がんを検出する。

重要な臨床研究も進行中です。エクソソームダイアグノスティクス社の技術は、血液中の脳腫瘍を示唆する変異を検出する上ですでに有望であることが示されています。今年は、18 の医療センターがこの手法をさらに評価しています。エクソソームサイエンシズの研究者は、尿から分離されたエクソソームを使用して HIV や B 型肝炎、C 型肝炎を検出する初期段階の臨床研究を開始する予定です。

この技術の可能性は幅広い。リンパ腫、結核、パーキンソン病はすべて診断の対象となる可能性がある。エクソソーム検査は病気の進行を追跡したり、治療の有効性を監視するためにも使用できる。 –カサンドラ・ウィリアード

サリー・ジュエル、@SecretaryJewell、2013 年 10 月 29 日

科学予算は依然として小さい

アメリカ合衆国

2013 年の基礎研究開発に対する連邦政府の資金は、前年比 8%、ピークだった 2010 年比 16% 減少した。2014 年の議会予算では回復がほとんどなく、歳出削減の上限により今後 10 年間は資金が逼迫する可能性がある。米国科学振興協会の予算プログラム責任者マット・ホウリハン氏によると、研究助成金の獲得が困難になることで、米国の科学、そして科学から生じるイノベーションと成長はおそらく減速するだろうという。

*科学予算データはアメリカ科学振興協会提供。すべての金額はインフレ調整済み。2013 年の数字は推定値、2014 年の数字は予算案。この号の印刷時点では発表されていなかった、下院による 2014 年の国立衛生研究所への割り当ては含まれていない。

4つの新しい研究が新生児のゲノム配列から生じる医学的利点と実際的なジレンマを調査

「これらの助成金により、この検査が広く適用される前に、その倫理的、法的、社会的影響についての情報を収集できるようになります。患者や医療提供者がこの情報をどう扱うかは明らかではありません。」

—シンシナティ小児病院医療センター倫理センター所長、アルマン・アントマリア氏

風力発電は沖合へ

ケープ・ウィンド（マサチューセッツ州ナンタケット湾）やディープウォーター・ウィンド（ロードアイランド州ブロック島付近）など複数のプロジェクトが、米国初の洋上風力発電所を目指して競い合っており、2014年に建設を開始する予定だ。

ビットコイン専用のいくつかの新しいファンドが設立され、機関投資家がデジタル通貨の株式を購入し取引できるようになる。

「私たちは転換点に近づいています。ビットコインが成功するためのきっかけは、規制の明確化、大規模なベンチャーキャピタル投資、中国のような大国からの支援、投資家のアクセス性の向上などかもしれません。」

—ビットコイン投資信託を運営するセカンドマーケットの創設者兼CEO、バリー・シルバート氏

物理学者がスパイ防止コードを開発

プライバシーにとって今年は決して素晴らしい年ではなかった。国家安全保障局の大規模監視活動の暴露は、データセキュリティを強化する必要性を浮き彫りにした。量子暗号の最近の進歩は、まさにそれを実現する可能性がある。つまり、もはや研究室に保管したり、産業グレードの価格帯で固定したりする必要のない、スパイ防止の暗号化だ。

量子鍵配送 (QKD) は、量子物理学の最も複雑な原理の 1 つである、情報を観察するだけでそれが変化するという原理を利用した、本質的に解読不可能な暗号化プロトコルです。QKD ベースのシステムでは、ランダムに生成された鍵が光粒子にエンコードされ、光ファイバーケーブルを介して共有されてから、機密データの暗号化に使用されます。途中で鍵を検出しようとすると、その光子が変化し、送信が傍受され、新しい鍵が必要であることが示されます。

これまでのところ、QKD は光ファイバーネットワークに縛られたままである。また、大型のエミッターと検出器も必要となるが、現在、研究者らはそれらの小型化に取り組んでいる。ノキアとイギリスのブリストル大学は、携帯電話に収まるほど小型の量子ソースの開発に協力しており、一方、カナダオンタリオ州ウォータールーの量子コンピューティング研究所の物理学者は、符号化された光子を世界中に送ることができる超小型衛星を開発している。

QKD の勢いを最もよく示すのは、9 月までにサンディエゴで初の商用量子暗号化データネットワークを立ち上げる予定の GridCOM Technologies でしょう。同社の当初の焦点はインフラストラクチャのセキュリティ確保ですが (このネットワークは、市の電力網の一部をサイバー攻撃から保護します)、GridCOM の共同設立者で、元オークリッジ国立研究所の物理学者であるダンカンアールは、携帯電話や PC に適したより広い帯域幅に拡張したいと考えています。「5 年以内に、このテクノロジーはどこにでも存在するでしょう」とアールは言います。「私たちは暗号化の時代に突入しようとしています。私たちが作り上げた世界をサポートするために、暗号化は必須です」 –エリックソフゲ

感染症の再流行

1900 年、米国の感染症による死亡率は今日の 40 倍だった。しかし、前世紀の進歩にもかかわらず、一部の病気は再発し始めている。「私たちは脆弱性の最悪の状況に直面している」と、疾病予防管理センターの所長トム・フリーデン氏は述べ、旅行や食品貿易の増加、予防可能な病気に対するワクチン接種の失敗、抗生物質管理の不備などを原因として挙げている。

米国で百日咳の症例が増加している理由はいくつかある。1つは、1990年代に導入されたワクチンの効果が以前のワクチンよりも早く消えることだ。米国で診断検査が改善されたことも、罹患率の上昇に寄与している可能性がある。

麻疹は2000年に米国で根絶されたが、予防接種を受けていない人が海外でこの感染力の強い病気に感染すると、依然として症例が現れる。感染した旅行者が、予防接種を受けていない人が比較的多い地域に戻ったときに、流行は最も深刻になっている。

淋病は抗生物質への耐性を獲得するにつれて、その治療に使える薬は少なくなっている。ただし、米国ではまだ治療に失敗した例は出ていない。特に懸念されるのは、この菌の記憶力が長いことだ。特定の薬が処方されなくなった後も、耐性が保持されるのだ。